SK하이닉스가 건설 중인 용인 반도체 클러스터에 이어 새 팹의 삽을 떴다. 기존 M15X에서 나온 D램 후공정을 보완하는 P&T7(Package & Test 7)으로 2030년까지 대폭 늘어날 HBM 수요에 적극 대응하기 위해서다.
22일 SK하이닉스는 약 19조원을 들여 청주 흥덕구 외북동 테크노폴리스 산업단지 내 어드밴스드 패키징 전용 팹인 P&T7을 건설할 예정이라고 공시했다. 과거 매입한 청주 LG 2공장 부지에 있던 건물을 허물고 여기에 공장을 세우는 것이다.
전공정-후공정이 통합돼 웨이퍼·다이를 외부로 보내고 되받는 리드타임을 대폭 축소하고 전공정 수율·패키징 수율·테스트 기준이 통합된다. 최적화 가능성이 높아질 것으로 전망된다.
SK하이닉스 P&T7이 들어설 청주 테크노폴리스 산업단지 부지. 사진=SK하이닉스
웨이퍼 번인부터 리페어까지… 청주 P&T7, HBM 후공정 전용 팹으로
SK하이닉스는 현재 6개의 P&T 팹을 보유하고 있다. 이천 소재 후공정 라인으로 P&T1, P&T4, P&T5를 보유 중이며 청주 소재 후공정 라인으로 P&T2, P&T3, P&T6를 보유 중이다.
SK하이닉스에 따르면 P&T는 후공정 전반을 기술적으로 운영하며 테스트 데이터를 기반으로 제품 품질을 분석하고 공정 개선을 주도하는 역할을 한다. 수율, 품질, 생산성을 핵심으로 삼으며 테스트 시간과 제품 완성 총 소요 시간(TAT) 감축을 목표로 한다.
통상 P&T를 비롯한 후공정 작업에서는 EPM, 웨이퍼 번인(Wafer Burn-in), 리페어 테스트 등의 웨이퍼 테스트가 이뤄진다.
EPM이란 트랜지스터, 소자의 기본 전기 특성을 체크하는 과정이며, 웨이퍼 번인은 웨이퍼 상태로 고온·고전압의 스트레스를 줘 초기 불량을 선별하는 과정이다.
초기 불량을 웨이퍼 단계에서 털어내 신뢰성과 수율을 동시에 올리는 공정으로 꼽히며, 패키징 이후 불량이 나오는 비용 공백을 최소화하고 전체 공정 기준 스크랩 비용과 테스트 비용을 크게 줄이는 목적이다.
SK하이닉스 내부 직원들이 P&T 과정에 대한 설명을 듣고 있다. 사진=SK하이닉스
패키징도 P&T의 매우 주요한 역할 중 하나다. 실리콘 칩 상태의 반도체는 깨지기 쉽고 수분·오염·ESD 등에 매우 약하기에 외부 기계적·화학적 충격으로부터 보호하는 역할을 해주는 것이다. 칩의 실사용 성능을 뽑아내는 하드웨어 플랫폼을 설계·운영하는 단계인 것이다.
SK하이닉스에 따르면 P&T7은 HBM 등 AI 메모리 제조에 필수적인 어드밴스드 패키징 전용 팹으로 WLP 공정 라인을 비롯해 클린룸 면적은 약 15만㎡(4.6만평)에 달한다고 발표됐다. 웨이퍼 테스트 공정 라인은 7개 층, 약 9만㎡(약 2.8만평) 수준이며, WLP 공정 라인은 3개 층, 약 6만㎡(약 1.8만평)이 될 것으로 보인다.
WLP(Wafer Level Packaging) 공정이란 웨이퍼를 칩 단위로 잘라 칩을 패키징하는 기존의 컨벤셔널 패키지에서 한 단계 발전한 방식으로, 웨이퍼 상에서 패키징을 마무리해 완제품을 만드는 기술을 뜻한다.
SK하이닉스 TSV 담당 직원이 공정 과정을 진행 중이다. 사진=SK하이닉스
이에 따라 HBM에 쓰이는 ▲TSV·다이 적층(MR-MUF 등) ▲인터포저/브릿지/RDL 설계·공정 ▲본딩·조립(TC/HB 본딩, μ-범프 등) 등이 향후 P&T7에서 이뤄질 것으로 보인다.
인터포저란 GPU와 HBM 사이 배선이 깔린 넓은 기판으로, 이 배선을 짧고 신호 손실이 적게 뽑아낼수록 대역폭은 높아지고 지연은 줄어드는 효과가 나오게 된다. HBM 전용 팹에서 인터포저 공정을 강화할수록 같은 HBM이라도 GPU와 붙었을 때 성능이 더 잘 나오는 구조가 되는 것이다.
발열 측면에서도 HBM이 고클럭·고전압으로 돌아가도 온도·신뢰성 한계를 더 여유 있게 가져갈 수 있을 것으로 기대된다.
최근 반도체 업계는 패키징에서 칩에서 나오는 열을 히트스프레더·기판·몰딩 등 재료를 통해 어떻게 빼낼지 설계하는 역할도 고민 중인 것으로 알려져 있다.
HBM 공정에서는 열팽창 계수 차이에 의한 스트레스를 범프만으로는 만족시킬 수 없으므로 반드시 범프 사이의 공간을 폴리머로 채워주는 언더필 공정이 진행되는데 이것이 열이 나가야 하는 경로를 막는다고 알려져 있다.
SK하이닉스의 주요 HBM 패키징 기술. 사진=SK하이닉스
이미 P&T6을 비롯한 SK하이닉스 후공정 테스트 라인에서도 언더필 방열 등이 필수 요소로 꼽히지만, P&T7의 경우 팹 설계가 HBM·어드밴스드 패키징 전용으로 ▲TSV 적층 ▲언더필(MUF/NCF) ▲인터포저 ▲본딩 ▲방열·와피지 제어까지를 통합적으로 최적화하는 역할을 하게 된다.
언더필, 방열 관련 실험·파일럿·양산 피드백을 HBM 특화 환경에서 더 빠르게 돌릴 수 있는 전용 인프라가 생기는 것이다.
SK하이닉스는 이미 MR-MUF(매스 리플로우-몰디드 언더필)·어드밴스드 MR-MUF를 HBM3, HBM3E, HBM4에 적용하는 등 언더필 관련 연구·개발을 적극적으로 진행 중이라 해당 연구는 더 탄력이 붙을 것으로 전망된다.
현금 부담 감수… AI·HBM 초호황에 공장 건설로 방향 보인 SK하이닉스
P&T7 착공식에서 참가자들이 기념 촬영을 하고 있다. 사진=SK하이닉스
이는 SK하이닉스가 수개월간 말해 왔던 방향성과 일치한다. 당장 23일 1분기 실적 발표를 앞두고 있는 SK하이닉스는 유동 현금 보유를 늘리고 공장 설립을 통해 D램과 낸드를 비롯한 생산능력을 끌어올리겠다는 방향성을 가져가겠다고 공표했다.
3월 발표된 SK하이닉스 2025년도 사업보고서에 따르면 건설 중인 자산의 장부금액 합계는 2024년 약 11조1072억원에서 2025년 21조7437억원으로 대폭 상승했다.
유형자산 전체 장부금액이 60조1574억원에서 77조5027억원가량으로 늘었다. 그중 건설 중인 자산이 21조7437억원이다. 이는 대규모 설비투자가 진행 중인 상태로 해석된다. 통상 건설 중인 자산 증가는 선제적 CAPEX(케펙스) 확대로도 해석된다.
곽노정 SK하이닉스 사장도 지난 3월 열린 주주총회에서 “안정적으로 투자를 할 수 있는 재무 건전성을 확보하기 위해 순현금 100조원 이상을 확보하고자 한다”며 “경쟁사들하고 글로벌 탑티어들과 비교하면 순현금이 10분의 1밖에 안 되고 꾸준하게 이런 좋은 성적 성과를 내려고 하다 보니 일정한 규모의 캐시(현금)가 필요한 상태”라고 강조한 바 있다.
지난해 사업보고서상 지난해 말 SK하이닉스의 현금 및 현금성 자산은 34조9422억원가량이었고 차입금은 22조2479억원으로 순현금은 12조6944억원가량이었다. 통상 공장 건설에는 막대한 돈이 들어가고 현재 용인 반도체 클러스터 건설에 SK하이닉스가 총력을 기울이고 있기 때문에 자연스럽게 액면분할, 배당금 향상보단 공장 건설 등 유형자산에 좀 더 집중한 것으로 보인다.
SK하이닉스 HBM4. 사진=양정민 이코노믹리뷰 기자
다만 관세청 등 정부기관이 발표한 D램 수출이 지난 1~3월 대폭 늘어난 만큼 23일 발표될 현금 보유량도 일정 수준 늘어났을 가능성이 높다. SK하이닉스가 기술한 고객과의 계약에서 생기는 수익의 품목별 구분에 대한 공시에 따르면 2025년 D램 매출은 74조9041억원으로 2024년 44조7317억원보다 30조원 넘게 상승했다.
한편 P&T7은 M11, M12, M15, M15X에 이어 SK하이닉스가 청주에 건설하는 다섯 번째 생산시설이다. 중장기적으로 국가 산업 기반을 강화하고 수도권에 쏠린 무게추를 지방으로 옮겨 수도권과 지방이 함께 성장하는 선순환을 이뤄내겠다는 전략적 판단으로 꼽힌다. 향후 직원 3000여명도 청주에서 근무할 예정으로 알려졌다.
현장에선 이병기 양산총괄을 비롯한 임직원 125명 및 구성원 가족 40명과 공사를 맡은 SK에코플랜트 임직원 20명이 참석한 가운데 ‘P&T7 착공식’도 개최됐다.
SK하이닉스 이병기 양산총괄은 “P&T7은 SK하이닉스의 AI 메모리 리더십을 완결 짓는 핵심 생산기지”라며 “이곳에서 생산될 첨단 제품들이 글로벌 AI 인프라의 표준이 될 수 있도록 제조 역량을 집중하는 한편, 지역 사회와 긴밀히 소통하며 국가 산업 경쟁력 강화와 지역 상생이라는 두 마리 토끼를 모두 잡는 성공적인 사업 모델을 완성하겠다”고 말했다.
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